JP2002090337A - Solid electrolyte type nitrogen oxide gas sensor - Google Patents

Solid electrolyte type nitrogen oxide gas sensor

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JP2002090337A
JP2002090337A JP2000276089A JP2000276089A JP2002090337A JP 2002090337 A JP2002090337 A JP 2002090337A JP 2000276089 A JP2000276089 A JP 2000276089A JP 2000276089 A JP2000276089 A JP 2000276089A JP 2002090337 A JP2002090337 A JP 2002090337A
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JP
Japan
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electrode layer
nitrogen oxide
solid electrolyte
oxide gas
counter electrode
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Application number
JP2000276089A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiromi Kamimura
裕美 上村
Mitsuhiko Matsui
光彦 松井
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Tokuyama Corp
Original Assignee
Tokuyama Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid electrolyte type nitrogen oxide gas sensor with long-tem stability and its measuring method allowing accurate measurement in a low concentration area in measurement of nitrogen oxide gas concentration in a gas to be measured by means of the nitrogen oxide gas sensor. SOLUTION: In this solid electrolyte type nitrogen oxide gas sensor, a detection electrode layer containing an electronic conductive material, metal nitrate and/or metal nitrite and a counter electrode layer containing the electron conductive material and having a surface covered with a coating material are formed on the surface of a solid electrolyte layer, and a variable potential device and an ammeter are arranged between the detection electrode layer and the counter electrode layer. When voltage is impressed between the detection electrode layer and the counter electrode layer so that the detection electrode layer is set on the positive potential side in comparison with the counter electrode layer or a reference electrode layer, a current value of the electric current flowing between the both electrode layers is measured for measuring a nitrogen oxide gas concentration in the measured gas.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、雰囲気中の窒素酸
化物ガス濃度を測定するためのガスセンサおよびこれを
用いた窒素酸化物ガス濃度の測定方法に関する。詳しく
は、低濃度雰囲気においても高い感度を示し、さらに長
期間安定的に測定することができる固体電解質型窒素酸
化物ガスセンサおよびこれを用いた上記方法に関する。
The present invention relates to a gas sensor for measuring a nitrogen oxide gas concentration in an atmosphere and a method for measuring a nitrogen oxide gas concentration using the same. More specifically, the present invention relates to a solid electrolyte type nitrogen oxide gas sensor that exhibits high sensitivity even in a low concentration atmosphere and can stably measure for a long period of time, and the above-described method using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、環境問題に関する関心が高まって
おり、大気中に放出される窒素酸化物ガス濃度を計測制
御するためのガスセンサが注目されている。このような
ガスセンサのなかで、固体電解質の起電力や電流値の変
化を利用した固体電解質型窒素酸化物ガスセンサが小型
・簡便・安価であることから、その実用化が熱望されて
いる。
2. Description of the Related Art In recent years, there has been an increasing interest in environmental issues, and a gas sensor for measuring and controlling the concentration of nitrogen oxide gas released into the atmosphere has attracted attention. Among such gas sensors, a solid electrolyte type nitrogen oxide gas sensor utilizing changes in the electromotive force or current value of the solid electrolyte is small, simple, and inexpensive, and therefore, its practical application is eagerly desired.

【0003】現在、実用化が検討されている固体電解質
型窒素酸化物ガスセンサによる窒素酸化物ガス濃度の検
知方法としては、起電力検知方式や電流検知方式などが
知られている。
At present, as a method of detecting a nitrogen oxide gas concentration by a solid electrolyte type nitrogen oxide gas sensor which is being considered for practical use, an electromotive force detection method, a current detection method, and the like are known.

【0004】起電力検知方式の固体電解質型窒素酸化物
ガスセンサは、イオン伝導体である固体電解質層、電子
伝導物質と金属硝酸塩及び/又は金属亜硝酸塩とを含む
検知極層、電子伝導物質を含む対極層、これらを加熱す
るためのヒータ、ならびに該検知層と対極層との間に設
けられた電圧計より構成されているのが一般的である。
このセンサは、通常、ヒータを100〜600℃の一定
温度に加熱することによって作動し、窒素酸化物ガスを
含む雰囲気中に放置すると、固体電解質層を介して検知
極層と対極層との間に窒素酸化物ガス濃度に応じたある
一定の起電力が発生する。放置した雰囲気中の窒素酸化
物ガス濃度が変化すると、検知極層に含まれる金属硝酸
塩及び/又は金属亜硝酸塩と窒素酸化物ガスとの間で解
離平衡反応が平衡に達するまで進行し、検知極層付近で
固体電解質層の可動イオン濃度に変化が生じる。
A solid electrolyte type nitrogen oxide gas sensor of an electromotive force detection type includes a solid electrolyte layer which is an ionic conductor, a detection electrode layer containing an electron conductive material and a metal nitrate and / or a metal nitrite, and an electron conductive material. It generally comprises a counter electrode layer, a heater for heating these, and a voltmeter provided between the detection layer and the counter electrode layer.
This sensor normally operates by heating a heater to a constant temperature of 100 to 600 ° C. When left in an atmosphere containing a nitrogen oxide gas, the sensor intervenes between the sensing electrode layer and the counter electrode layer via the solid electrolyte layer. Then, a certain electromotive force corresponding to the nitrogen oxide gas concentration is generated. When the concentration of the nitrogen oxide gas in the standing atmosphere changes, the dissociation equilibrium reaction between the metal nitrate and / or metal nitrite and the nitrogen oxide gas contained in the detection electrode layer progresses until the equilibrium is reached, and the detection electrode A change occurs in the mobile ion concentration of the solid electrolyte layer near the layer.

【0005】この濃度変化は起電力の変化として現れる
ため、その時の起電力を電圧計で測定し、予め作成して
おいた起電力と窒素酸化物ガス濃度との相関を示す検量
線を用いることで窒素酸化物ガス濃度を知ることができ
る。
Since this concentration change appears as a change in the electromotive force, the electromotive force at that time is measured with a voltmeter, and a calibration curve showing the correlation between the electromotive force and the nitrogen oxide gas concentration prepared in advance should be used. Can be used to determine the nitrogen oxide gas concentration.

【0006】電流検知方式の固体電解質型窒素酸化物ガ
スセンサは、イオン伝導体である固体電解質層、電子伝
導物質を含む検知極層、電子伝導物質とアルカリ金属硝
酸塩及び/又はアルカリ金属亜硝酸塩とを含む対極層、
これらを加熱するためのヒータ、ならびに該検知層と対
極層との間に設けられた電位可変装置、及び電流計より
構成されているのが一般的である。また、検知極層の電
位を安定に保つために、上記センサにおいて、固体電解
質層に、電子伝導物質を含み被覆材により表面が被覆さ
れてなる参照極層をさらに設けることも行われている。
A current detection type solid electrolyte type nitrogen oxide gas sensor comprises a solid electrolyte layer which is an ionic conductor, a detection electrode layer containing an electron conductive material, and an electron conductive material and an alkali metal nitrate and / or an alkali metal nitrite. Including the counter electrode layer,
It generally comprises a heater for heating them, a potential variable device provided between the detection layer and the counter electrode layer, and an ammeter. In addition, in order to stably maintain the potential of the detection electrode layer, in the above-described sensor, the solid electrolyte layer is further provided with a reference electrode layer including an electron conductive material and having a surface coated with a coating material.

【0007】これらのセンサは、通常、ヒータを100
〜600℃の一定温度に加熱し、上記検知極層と対極層
との間に、検知極が対極層に対して負電位になるように
電圧がかけられる。そうすると、固体電解質中の可動イ
オンが検知極層に向かって移動するほか、対極層に含ま
れるアルカリ金属硝酸塩及び/又はアルカリ金属亜硝酸
塩が解離して、アルカリ金属イオンが同様に検知極層に
向かって移動し、該検知極層において被測定ガス中の窒
素酸化物ガスと反応してアルカリ金属硝酸塩及び/又は
アルカリ金属亜硝酸塩を生成する。例えば、被測定ガス
に含まれる窒素酸化物ガスが二酸化窒素ガスであり、対
極層に亜硝酸ナトリウムが含まれている場合であれば、
対極層では NaNO2→Na++NO2+e- の反応が生じ、検知極層では、この逆の反応、即ち、 Na ++NO2+e-→NaNO2 の反応が生じる。
[0007] These sensors usually have a heater of 100
Heating is performed to a constant temperature of ~ 600 ° C, and a voltage is applied between the detection electrode layer and the counter electrode layer so that the detection electrode has a negative potential with respect to the counter electrode layer. Then, the mobile ions in the solid electrolyte move toward the detection electrode layer, and the alkali metal nitrate and / or alkali metal nitrite contained in the counter electrode layer dissociates, so that the alkali metal ions similarly move toward the detection electrode layer. And reacts with the nitrogen oxide gas in the gas to be measured in the detection electrode layer to generate alkali metal nitrate and / or alkali metal nitrite. For example, if the nitrogen oxide gas contained in the gas to be measured is nitrogen dioxide gas and sodium nitrite is contained in the counter electrode layer,
In the counter electrode layer, a reaction of NaNO 2 → Na + + NO 2 + e occurs, and in the detection electrode layer, the reverse reaction, ie, a reaction of Na + + NO 2 + e → NaNO 2 occurs.

【0008】その結果、検知極層と対極層との間には、
対極層から検知極層に向かって流れる、被測定ガス中の
窒素酸化物ガス濃度に応じた電流値が発生する。そし
て、放置した被測定ガス中の窒素酸化物ガス濃度が変化
すると、電流値に変化が生じる。この電流値を電流計で
計測し、予め作成しておいた電流値と窒素酸化物ガス濃
度との相関を示す検量線に対応させることにより、被測
定ガス中の検窒素酸化物ガス濃度を知ることが出来る。
As a result, between the sensing electrode layer and the counter electrode layer,
A current value is generated according to the concentration of the nitrogen oxide gas in the gas to be measured flowing from the counter electrode layer toward the detection electrode layer. When the concentration of the nitrogen oxide gas in the gas to be measured that has been left is changed, the current value changes. This current value is measured with an ammeter, and the concentration of the nitrogen oxide gas in the gas to be measured is known by associating the current value with a calibration curve that shows the correlation between the current value and the nitrogen oxide gas concentration. I can do it.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】上記の構成の固体電解
質型窒素酸化物ガスセンサは、小型で安価に作製できる
利点を有しているため、汎用性の高いセンサとして受け
入れられている。しかし、起電力検知方式の場合、窒素
酸化物濃度を計測制御するために最も重要な測定濃度領
域である低濃度領域での測定が今一歩正確ではないとい
う問題があった。また、従来の電流検知方式の場合に
は、起電力検知方式に比べて低濃度域での感度には優れ
ているものの、測定が長期化するにつれて対極層に含ま
れるアルカリ金属硝酸塩及び/又はアルカリ金属亜硝酸
塩の消耗が激しく長期的な安定性に劣るという問題があ
った。
The solid electrolyte type nitrogen oxide gas sensor having the above-described structure has the advantage of being small and inexpensive to manufacture, and is therefore accepted as a highly versatile sensor. However, in the case of the electromotive force detection method, there is a problem that the measurement in the low concentration region, which is the most important measurement concentration region for measuring and controlling the nitrogen oxide concentration, is not exactly one step right now. Further, in the case of the conventional current detection method, although the sensitivity in the low concentration range is superior to that of the electromotive force detection method, the alkali metal nitrate and / or the alkali metal contained in the counter electrode layer as the measurement is prolonged. There has been a problem that metal nitrite is greatly consumed and its long-term stability is poor.

【0010】これらの問題が、固体電解質型窒素酸化物
ガスセンサの実用化を妨げている。そこで、低濃度領域
での測定が正確であり、なおかつ長期安定性に優れた窒
素酸化物ガスセンサを開発することが望まれていた。
[0010] These problems hinder the practical use of solid oxide nitrogen oxide gas sensors. Therefore, it has been desired to develop a nitrogen oxide gas sensor that is accurate in a low concentration region and has excellent long-term stability.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】そこで、本発明者らは、
上記特性を有する固体電解質型窒素酸化物ガスセンサを
開発すべく研究を重ねた結果、固体電解質層の表面に形
成された検知極層に金属硝酸塩及び/又は金属亜硝酸塩
を含有させた新規な構造のガスセンサにより、上記の課
題が解決できることを見出し本発明を完成するに至っ
た。
Means for Solving the Problems Accordingly, the present inventors have:
As a result of repeated studies to develop a solid electrolyte type nitrogen oxide gas sensor having the above characteristics, a new structure in which the sensing electrode layer formed on the surface of the solid electrolyte layer contains metal nitrate and / or metal nitrite The inventors have found that the above problems can be solved by a gas sensor, and have completed the present invention.

【0012】即ち本発明は、固体電解質層の表面に、電
子伝導物質と金属硝酸塩及び/又は金属亜硝酸塩とを含
む検知極層、並びに電子伝導物質を含み被覆材により表
面が被覆されてなる対極層が形成されてなり、該検知極
層と対極層との間に電位可変装置、及び電流計が設けら
れてなることを特徴とする固体電解質型窒素酸化物ガス
センサである。
That is, the present invention provides a detection electrode layer containing an electron conductive substance and a metal nitrate and / or a metal nitrite on the surface of a solid electrolyte layer, and a counter electrode having a surface covered with a coating material containing an electron conductive substance. The solid electrolyte type nitrogen oxide gas sensor is characterized in that a layer is formed and a potential variable device and an ammeter are provided between the detection electrode layer and the counter electrode layer.

【0013】他の発明は、該固体電解質型窒素酸化物ガ
スセンサを用い、上記検知極層と対極層との間に、検知
極層が対極層よりも正電位になるように電圧を印加し、
両電極層間に流れる電流値を計測して被測定ガス中の窒
素酸化物ガス濃度を測定することを特徴とする窒素酸化
物ガス濃度の測定方法である。
According to another aspect of the present invention, a voltage is applied between the detection electrode layer and the counter electrode layer so that the detection electrode layer has a more positive potential than the counter electrode layer, using the solid electrolyte type nitrogen oxide gas sensor.
This is a method for measuring the concentration of nitrogen oxide gas, comprising measuring the value of current flowing between both electrode layers and measuring the concentration of nitrogen oxide gas in the gas to be measured.

【0014】また、本発明は、固体電解質層の表面に、
電子伝導物質と金属硝酸塩及び/又は金属亜硝酸塩とを
含む検知極層、電子伝導物質を含み被覆材により表面が
被覆されてなる対極層、並びに電子伝導物質を含む参照
極層が形成されてなり、該検知極層、対極層及び参照極
層の間に電位可変装置が設けられ、且つ検知極層と対極
層との間に電流計が設けられてなることを特徴とする固
体電解質型窒素酸化物ガスセンサも提供する。
Further, the present invention provides a method for manufacturing a semiconductor device comprising the steps of:
A detection electrode layer containing an electron conductive material and a metal nitrate and / or a metal nitrite, a counter electrode layer having a surface covered with a coating material containing an electron conductive material, and a reference electrode layer containing an electron conductive material are formed. A solid electrolyte type nitrogen oxide, wherein a potential variable device is provided between the sensing electrode layer, the counter electrode layer and the reference electrode layer, and an ammeter is provided between the sensing electrode layer and the counter electrode layer. An object gas sensor is also provided.

【0015】さらに、他の発明として、該固体電解質型
窒素酸化物ガスセンサを用い、上記検知極層と参照極層
との間に、検知極層が参照極層よりも正電位になるよう
に電圧を印加し、検知極層と対極層との間に流れる電流
値を計測して被測定ガス中の窒素酸化物ガス濃度を測定
することを特徴とする窒素酸化物ガス濃度の測定方法も
提供する。
Further, as another invention, the solid electrolyte type nitrogen oxide gas sensor is used, and a voltage is applied between the detection electrode layer and the reference electrode layer so that the detection electrode layer has a more positive potential than the reference electrode layer. And measuring a current value flowing between the detection electrode layer and the counter electrode layer to measure a nitrogen oxide gas concentration in the gas to be measured. .

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】本発明の固体電解質型窒素酸化物
ガスセンサの測定対象ガスは、窒素酸化物ガスである。
かかる窒素酸化物ガスは、公知のものが特に制限なく測
定されるが、通常は、一酸化窒素ガス、二酸化窒素ガ
ス、及びこれらの混合ガスが対象になる。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The gas to be measured by the solid oxide nitrogen oxide gas sensor of the present invention is a nitrogen oxide gas.
As such a nitrogen oxide gas, a known nitrogen oxide gas is measured without any particular limitation, but usually, a nitrogen monoxide gas, a nitrogen dioxide gas, and a mixed gas thereof are targeted.

【0017】本発明が提案する固体電解質型窒素酸化物
ガスセンサの第一の態様は、固体電解質層の表面に、電
子伝導物質と金属硝酸塩及び/又は金属亜硝酸塩とを含
む検知極層、並びに電子伝導物質を含み被覆材により表
面が被覆されてなる対極層が形成されてなり、該検知極
層と対極層との間に電位可変装置、及び電流計が設けら
れてなる(以下、この態様のガスセンサを二極型ガスセ
ンサと称する)。
The first aspect of the solid oxide nitrogen oxide gas sensor proposed by the present invention is that the solid electrolyte layer has a detection electrode layer containing an electron conductive material and a metal nitrate and / or a metal nitrite on the surface thereof, A counter electrode layer including a conductive material and having a surface covered with a coating material is formed, and a potential variable device and an ammeter are provided between the detection electrode layer and the counter electrode layer. The gas sensor is called a bipolar gas sensor).

【0018】また、第二の態様は、固体電解質層の表面
に、電子伝導物質と金属硝酸塩及び/又は金属亜硝酸塩
とを含む検知極層、電子伝導物質を含み被覆材により表
面が被覆されてなる対極層、並びに電子伝導物質を含む
参照極層が形成されてなり、該検知極層、対極層及び参
照極層の間に電位可変装置が設けられ、且つ検知極層と
対極層との間に電流計が設けられてなる(以下、この態
様のガスセンサを三極型ガスセンサと称する)。
In a second embodiment, a detection electrode layer containing an electron conductive material and a metal nitrate and / or a metal nitrite is formed on the surface of the solid electrolyte layer, and the surface is coated with a coating material containing the electron conductive material. And a reference electrode layer containing an electron conductive material is formed, a potential variable device is provided between the detection electrode layer, the counter electrode layer and the reference electrode layer, and between the detection electrode layer and the reference electrode layer. (Hereinafter, the gas sensor of this embodiment is referred to as a three-pole gas sensor).

【0019】いずれの態様の固体電解質型窒素酸化物ガ
スセンサも、被測定ガスと接する検知極層中に金属硝酸
塩及び/又は金属亜硝酸塩が含有され、これと対をなす
対極層が、被覆材により表面が被覆されている点に大き
な特徴を有している。そして、二極型ガスセンサでは、
検知極層と対極層との間に、また、三極型ガスセンサで
は、検知極層、対極層、及び参照極層の間に各電位可変
装置が設けられ、前者では検知極層と対極層とに対して
直接的に、また、後者でも参照極層を基準にして検知極
層に電圧を印加することにより、それぞれ検知極層が対
極層よりも正電位になるように制御できる。そして、い
ずれの態様のガスセンサにおいても、検知極層と対極層
との間に電流計が設けられており、上記検知極層を対極
層よりも正電位に印加した際の両電極間に流れる電流値
を測定できる構造をしている。
In any of the solid electrolyte type nitrogen oxide gas sensors, the detection electrode layer in contact with the gas to be measured contains metal nitrate and / or metal nitrite, and the counter electrode layer paired with the metal nitrate and / or metal nitrate is formed of a coating material. A major feature is that the surface is covered. And in the bipolar gas sensor,
Each potential variable device is provided between the detection electrode layer and the counter electrode layer, and in the case of a three-electrode gas sensor, between the detection electrode layer, the counter electrode layer, and the reference electrode layer, and in the former, the detection electrode layer and the counter electrode layer are provided. By applying a voltage to the detection electrode layer directly with respect to the reference electrode layer, or in the latter case, the detection electrode layer can be controlled to have a positive potential higher than that of the counter electrode layer. In any of the aspects of the gas sensor, an ammeter is provided between the detection electrode layer and the counter electrode layer, and the current flowing between the two electrodes when the detection electrode layer is applied to a more positive potential than the counter electrode layer. It has a structure that can measure the value.

【0020】このような構造のガスセンサによれば、被
測定ガス中において、上記の如く検知極層を対極層より
も正電位に印加すると、検知極層に含まれる金属硝酸塩
及び/又は金属亜硝酸塩が解離して金属イオンが生じ、
これが検知極層から対極層に向かって移動するため、下
記のように推察される原理により該被測定ガス中に含ま
れる窒素酸化物の濃度を測定することができる。
According to the gas sensor having such a structure, when the detection electrode layer is applied at a more positive potential than the counter electrode layer in the gas to be measured as described above, the metal nitrate and / or metal nitrite contained in the detection electrode layer Dissociates to form metal ions,
Since this moves from the detection electrode layer toward the counter electrode layer, the concentration of nitrogen oxides contained in the gas to be measured can be measured according to the principle assumed as follows.

【0021】例えば、被測定ガスに含まれる窒素酸化物
ガスが二酸化窒素ガスであり、検知極層に硝酸リチウム
が含まれている場合であれば、検知極層では LiNO3 = Li++NO2+(1/2) O2+e- の解離平衡反応が生じ、解離されたリチウムイオンは、
該検知極層よりも負電位にある対極層に移動する。そう
して、該対極層は、被覆材により被覆されているため、
上記対極層に移動してきたリチウムイオンは、被測定ガ
ス中の窒素酸化物が関与することなく安定化する。その
結果、検知極層と対極層との間には、検知極層から対極
層に向かって電流が流れる。この電流値は、被測定ガス
中の窒素酸化物濃度が変化すると、上記検知極層での解
離平衡反応に影響するため相関して変化する。
For example, if the nitrogen oxide gas contained in the gas to be measured is nitrogen dioxide gas and the detection electrode layer contains lithium nitrate, LiNO 3 = Li + + NO 2 in the detection electrode layer + (1/2) O 2 + e - lithium ion dissociation equilibrium reaction takes place, that is the dissociation of the
It moves to the counter electrode layer at a lower potential than the detection electrode layer. Then, since the counter electrode layer is covered with the covering material,
The lithium ions that have moved to the counter electrode layer are stabilized without involving nitrogen oxides in the gas to be measured. As a result, a current flows from the sensing electrode layer to the counter electrode layer between the sensing electrode layer and the counter electrode layer. This current value correlates when the nitrogen oxide concentration in the gas to be measured changes because it affects the dissociation equilibrium reaction in the detection electrode layer.

【0022】例えば、被測定ガス中に窒素酸化物が含ま
れない場合には金属硝酸塩が解離する方向に反応が進行
するが、被測定ガス中の窒素酸化物濃度がわずかでも高
まると、上記解離平行反応は金属硝酸塩を生成する方に
平衡が傾き、結果として前記電極間に流れる電流値は小
さくなる。被測定ガス中の窒素酸化物濃度が増大してい
くにつれて、両電極間に流れる電流値はさらに小さくな
る。従って、本発明のガスセンサでは、この検知極層と
対極層との間に流れる電流値を、これら両電極間に設け
た電流計により測定し、予め作成しておいた電流値と窒
素酸化物ガス濃度との相関を示す検量線に対応させるこ
とにより、被測定ガス中の窒素酸化物ガス濃度を知るこ
とができる。
For example, when the nitrogen oxide is not contained in the gas to be measured, the reaction proceeds in the direction in which the metal nitrate dissociates. In the parallel reaction, the equilibrium is inclined toward the generation of metal nitrate, and as a result, the value of the current flowing between the electrodes is reduced. As the nitrogen oxide concentration in the gas to be measured increases, the value of the current flowing between the electrodes further decreases. Therefore, in the gas sensor of the present invention, the current value flowing between the sensing electrode layer and the counter electrode layer is measured by an ammeter provided between these two electrodes, and the current value prepared in advance and the nitrogen oxide gas are measured. By associating with a calibration curve showing a correlation with the concentration, the concentration of the nitrogen oxide gas in the gas to be measured can be known.

【0023】このようにして被測定ガス中の窒素酸化物
ガス濃度が測定できるガスセンサによれば、アルカリ金
属硝酸塩の解離平衡反応によって消費されるアルカリイ
オンは、被測定ガス中に窒素酸化物がわずかでも存在し
ていれば、上記解離平衡反応は金属硝酸塩を生成する方
向に平衡が大きく傾くために、従来の電流検知方式の固
体電解質型ガスセンサのように、アルカリ金属硝酸塩及
び/又はアルカリ金属亜硝酸塩の消耗が一方的に進行す
ることはない。
According to the gas sensor capable of measuring the concentration of nitrogen oxide gas in the gas to be measured in this manner, alkali ions consumed by the dissociation equilibrium reaction of the alkali metal nitrate contain only a small amount of nitrogen oxide in the gas to be measured. However, if it is present, the dissociation equilibrium reaction has a large inclination in the direction in which metal nitrate is generated, so that the alkali metal nitrate and / or alkali metal nitrite, as in a conventional current detection type solid electrolyte gas sensor, is used. Consumption does not progress unilaterally.

【0024】そのため、検知極層に含まれる金属硝酸塩
及び/又は金属亜硝酸塩の消費は徐々に進み、該ガスセ
ンサによれば長期間安定的に窒素酸化物ガス濃度の測定
を行うことができる。また、窒素酸化物ガス濃度のわず
かな変化が電流変化として現れるため、従来の起電力検
知方式の固体電解質型窒素酸化物ガスセンサに比べて低
濃度領域での測定が正確である。
For this reason, the consumption of the metal nitrate and / or metal nitrite contained in the detection electrode layer gradually progresses, and the gas sensor can stably measure the nitrogen oxide gas concentration for a long period of time. Further, since a slight change in the nitrogen oxide gas concentration appears as a current change, the measurement in a low concentration region is more accurate than that of a conventional solid oxide nitrogen oxide gas sensor of the electromotive force detection method.

【0025】以上の構造である本発明のガスセンサにお
いて、固体電解質層は、公知の固体電解質を含むものが
制限なく採用される。例えばNASICON(Na1+AZr2SiAP3-A
O12、但し0≦A≦3)、β―Al2O3などのNa系イオン伝
導体や、Li2TiSiO5、Li2Si2O 5、Li4SiO4、及びLiLa9(Si
O4)6O2などのLi系イオン伝導体などの陽イオン伝導体が
挙げられる。
The gas sensor of the present invention having the above structure is
And the solid electrolyte layer contains a known solid electrolyte.
Adopted without restrictions. For example, NASICON (Na1 + AZrTwoSiAP3-A
O12Where 0 ≦ A ≦ 3), β-AlTwoOThreeNa-based ion transmission
Conductor or LiTwoTiSiOFive, LiTwoSiTwoO Five, LiFourSiOFour, And LiLa9(Si
OFour)6OTwoCation conductors such as Li-based ion conductors
No.

【0026】上記固体電解質層には、固体電解質の他に
耐湿性の向上や成形性の改善を目的として、シリカ、ジ
ルコニア、チタニア、アルミナなどのセラミックスがさ
らに含有されることがある。これらのセラミックスは公
知の材料が制限なく使用されるが、耐湿性に優れている
ことから酸化物が好ましく、特にジルコニア、チタニ
ア、及び珪酸ジルコニウムなどが好適である。
The solid electrolyte layer may further contain ceramics such as silica, zirconia, titania and alumina for the purpose of improving moisture resistance and moldability in addition to the solid electrolyte. Known materials can be used for these ceramics without limitation, but oxides are preferable because of their excellent moisture resistance, and zirconia, titania, zirconium silicate, and the like are particularly preferable.

【0027】固体電解質層中の固体電解質の含有量は特
に制限されないが、固体電解質層の全重量100重量%
中に占める割合で40〜100重量%であることが好ま
しく、特に60〜100重量%であることが好ましい。
Although the content of the solid electrolyte in the solid electrolyte layer is not particularly limited, the total weight of the solid electrolyte layer is 100% by weight.
It is preferably 40 to 100% by weight, particularly preferably 60 to 100% by weight.

【0028】固体電解質層の形成方法は、公知の方法が
特に制限なく採用される。代表的な形成方法としては、
固体電解質の合成原料を焼成し、成形した後加熱する方
法、固体電解質の合成原料を成型した後、焼結する方
法、及び、固体電解質の合成原料を溶媒およびバインダ
ーと混練してペースト化し、該ペーストをスクリーン印
刷法などによってセラミックスやガラスの基板上に印刷
して焼き付ける方法などが挙げられる。
As a method for forming the solid electrolyte layer, a known method is employed without any particular limitation. As a typical forming method,
A method of baking the solid electrolyte synthetic material, heating after molding, a method of molding and then sintering the solid electrolyte synthetic material, and kneading the solid electrolyte synthetic material with a solvent and a binder to form a paste, A method in which the paste is printed on a ceramic or glass substrate by a screen printing method or the like and baked is used.

【0029】固体電解質層の厚みは特に制限されない
が、一般には0.02mm〜2.0mmの範囲から採用
される。
Although the thickness of the solid electrolyte layer is not particularly limited, it is generally adopted in the range of 0.02 mm to 2.0 mm.

【0030】上記固体電解質層の表面に設けられる検知
極層は、直接被測定ガスに触れる部分であり雰囲気に開
放されている。電子伝導物質は、後述する対極層、ある
いは参照極層に含まれる電子伝導物質と同様に、センサ
の電流検知や電圧を印加するために必要な物質であり、
公知の材料が制限なく使用される。例えば、白金、金、
パラジウム、銀などの貴金属元素およびこれらの合金、
もしくは上記の貴金属元素の二種類以上を混合したもの
が採用されるが、特に、白金、金およびこれらの混合物
や合金が対腐食性に優れていることから好適である。
The sensing electrode layer provided on the surface of the solid electrolyte layer is a portion that directly contacts the gas to be measured and is open to the atmosphere. The electron conductive material is a substance necessary for current detection and voltage application of the sensor, similar to the electron conductive material contained in the counter electrode layer or the reference electrode layer described below,
Known materials are used without limitation. For example, platinum, gold,
Noble metal elements such as palladium and silver and their alloys,
Alternatively, a mixture of two or more of the above-mentioned noble metal elements is employed, but platinum, gold, and mixtures or alloys thereof are particularly preferable because of their excellent corrosion resistance.

【0031】上記検知極層中の電子伝導物質の含有量は
特に制限されないが、検知極層の全重量100重量%中
に占める割合で5〜95重量%であることが好ましく、
特に10〜90重量%であることが好ましい。
The content of the electron conductive material in the sensing electrode layer is not particularly limited, but is preferably 5 to 95% by weight based on 100% by weight of the total weight of the sensing electrode layer.
Particularly, it is preferably from 10 to 90% by weight.

【0032】検知極層に含まれる金属硝酸塩及び/又は
金属亜硝酸塩は、窒素酸化物ガスが含まれる雰囲気中で
金属イオンを解離し、電圧の印加によって電流を発生さ
せることが出来る物質であり、公知のものが制限なく採
用されるが、金属イオンを解離しやすいことからアルカ
リ金属硝酸塩およびこれらの混合物、もしくはアルカリ
金属亜硝酸塩およびこれらの混合物が好ましく、例え
ば、硝酸ナトリウム、硝酸リチウム、硝酸カリウム、硝
酸ルビジウム等のアルカリ金属硝酸塩や、亜硝酸ナトリ
ウム、亜硝酸リチウム、亜硝酸カリウム、亜硝酸ルビジ
ウム等のアルカリ金属亜硝酸塩等が挙げられ、特に、硝
酸リチウムや硝酸ナトリウムおよびこれらの混合物を用
いることが好ましい。検知極層に、これらの金属硝酸塩
や金属亜硝酸塩が含まれない場合には、窒素酸化物ガス
が含まれる被測定ガス中で金属イオンを解離することが
出来ないため、被測定ガス中の窒素酸化物ガス濃度に応
じた電流が発生せず、窒素酸化物ガス濃度の測定が不可
能となる。
The metal nitrate and / or metal nitrite contained in the sensing electrode layer is a substance capable of dissociating metal ions in an atmosphere containing a nitrogen oxide gas and generating a current by applying a voltage. Known ones are used without limitation, but alkali metal nitrates and mixtures thereof, or alkali metal nitrites and mixtures thereof are preferable because they easily dissociate metal ions.For example, sodium nitrate, lithium nitrate, potassium nitrate, nitric acid Examples thereof include alkali metal nitrates such as rubidium and the like, and alkali metal nitrites such as sodium nitrite, lithium nitrite, potassium nitrite and rubidium nitrite. Particularly, it is preferable to use lithium nitrate, sodium nitrate and a mixture thereof. If these metal nitrates and metal nitrites are not contained in the detection electrode layer, metal ions cannot be dissociated in the gas to be measured containing nitrogen oxide gas, so that the nitrogen in the gas to be measured cannot be dissociated. Since no current corresponding to the oxide gas concentration is generated, the measurement of the nitrogen oxide gas concentration becomes impossible.

【0033】検知極層中の金属硝酸塩及び/又は金属亜
硝酸塩の含有量は特に制限されないが、検知極層の全重
量100重量%中に占める割合で5〜95重量%である
ことが好ましく、特に10〜90重量%であることが連
続使用時におけるセンサ素子の電流値のふらつきを少な
くすることから好ましい。
The content of the metal nitrate and / or metal nitrite in the sensing electrode layer is not particularly limited, but is preferably 5 to 95% by weight based on 100% by weight of the total weight of the sensing electrode layer. In particular, it is preferably from 10 to 90% by weight in order to reduce the fluctuation of the current value of the sensor element during continuous use.

【0034】上記検知極層の構造は、特に制限されるも
のではなく、代表的な構造を例示すると、電子伝導物質
と金属硝酸塩及び/又は金属亜硝酸塩とが固体電解質層
表面に層状に積み重なる構造、検知極層の電子伝導物質
中に金属硝酸塩及び/又は金属亜硝酸塩が分散して存在
する構造、固体電解質層表面に形成された金属硝酸塩及
び/又は金属亜硝酸塩の一部又は全部を電子伝導物質が
被覆する構造などが挙げられる。特に、電子伝導物質中
に金属硝酸塩及び/又は金属亜硝酸塩が分散して存在す
る構造が検知極層を簡便に形成できることから好まし
い。
The structure of the sensing electrode layer is not particularly limited. A typical structure is, for example, a structure in which an electron conductive material and a metal nitrate and / or a metal nitrite are layered on the surface of the solid electrolyte layer. A structure in which metal nitrate and / or metal nitrite is dispersed in the electron conductive material of the sensing electrode layer, and a part or all of the metal nitrate and / or metal nitrite formed on the surface of the solid electrolyte layer A structure coated with a substance is exemplified. In particular, a structure in which the metal nitrate and / or the metal nitrite is dispersed in the electron conductive material is preferable because the detection electrode layer can be easily formed.

【0035】検知極層の形成方法としては、公知の方法
が特に制限なく使用される。例えば、上記の電子伝導物
質と金属硝酸塩及び/又は金属亜硝酸塩とを単独で、も
しくは混合した後に溶媒およびバインダーと混練してペ
ースト化し、該ペーストをスクリーン印刷法などによっ
て固体電解質層表面に焼き付ける方法、電子伝導物質と
金属硝酸塩及び/又は金属亜硝酸塩とをスパッタリング
や蒸着などの薄膜形成技術によって形成する方法が好適
に採用される。
As a method for forming the sensing electrode layer, a known method is used without any particular limitation. For example, a method in which the above-mentioned electron conductive material and metal nitrate and / or metal nitrite are used alone or mixed, then kneaded with a solvent and a binder to form a paste, and the paste is baked on the surface of a solid electrolyte layer by a screen printing method or the like. In addition, a method in which an electron conductive material and a metal nitrate and / or a metal nitrite are formed by a thin film forming technique such as sputtering or vapor deposition is preferably employed.

【0036】検知極層の厚みは特に制限されないが、一
般には0.001〜0.03mmの範囲から採用され
る。
The thickness of the sensing electrode layer is not particularly limited, but is generally adopted in the range of 0.001 to 0.03 mm.

【0037】本発明のガスセンサにおいて対極層は、被
覆材により表面が被覆されている。表面が被覆されてい
ないと、対極層が被測定ガスに直接触れることになり、
固体電解質に含まれる金属イオンが被測定ガス中の窒素
酸化物ガスと反応して、対極層で金属硝酸塩及び/又は
金属亜硝酸塩が形成される。このような反応が起こる
と、検知極層における上記の検知極層における解離平衡
反応が阻害されて金属硝酸塩及び/又は金属亜硝酸塩が
消費され続け、長期安定性が維持できなくなる。
In the gas sensor of the present invention, the surface of the counter electrode layer is coated with a coating material. If the surface is not coated, the counter electrode layer will come into direct contact with the gas to be measured,
Metal ions contained in the solid electrolyte react with the nitrogen oxide gas in the gas to be measured, and metal nitrate and / or metal nitrite are formed in the counter electrode layer. When such a reaction occurs, the dissociation equilibrium reaction in the sensing electrode layer in the sensing electrode layer is inhibited, and metal nitrate and / or metal nitrite are continuously consumed, so that long-term stability cannot be maintained.

【0038】本発明において、対極層を被覆する被覆材
は、無機酸化物により形成されるものや、雰囲気から窒
素酸化物は不透過性で且つ酸素透過性の性状を有するも
のが好ましい。このような被覆材により対極層が被覆さ
れている場合、該対極層では、移行してきた金属イオン
(リチウムイオンで説明)が関与する下記平衡反応 Li++ (1/2) O2+e- = LiO2 が安定的に生じる。ここで、無機酸化物としては、例え
ば、セメント、無機接着剤などの結晶性酸化物やガラ
ス、薄膜などの非晶質酸化物などが採用されるが、特
に、ガラスが成形性に優れていることから好適である。
In the present invention, the coating material for coating the counter electrode layer is preferably formed of an inorganic oxide, or has a property of being impermeable to nitrogen oxide and permeable to oxygen from the atmosphere. If the counter electrode layer is covered with such a coating material, in the pair pole layer, the following equilibrium reaction Li + + (1/2) migrated to have metal ions (as described in Li-ion) are involved O 2 + e - = LiO 2 is generated stably. Here, as the inorganic oxide, for example, a cement, a crystalline oxide such as an inorganic adhesive or a glass, an amorphous oxide such as a thin film, or the like is employed. In particular, glass is excellent in moldability. This is preferable.

【0039】上記の対極層を被覆材により被覆する方法
としては、公知の方法が特に制限なく使用される。例え
ば、上記無機酸化物のペーストを対極層上に塗布、乾燥
させる方法や、スパッタリング法によって対極層を被覆
材薄膜で覆う方法などが採用される。被覆層の厚みは特
に制限されないが、一般には0.005〜0.1mmの
範囲から採用される。
As a method of coating the above-mentioned counter electrode layer with a coating material, a known method is used without any particular limitation. For example, a method of applying and drying the paste of the inorganic oxide on the counter electrode layer, a method of covering the counter electrode layer with a coating material thin film by a sputtering method, and the like are employed. The thickness of the coating layer is not particularly limited, but is generally adopted in the range of 0.005 to 0.1 mm.

【0040】なお、対極層を形成する電子伝導物質、形
成方法、厚み等の要件は、前記説明した検知極層の場合
と同様である。
The requirements for the electron conductive material for forming the counter electrode layer, the forming method, the thickness, and the like are the same as those of the above-described detection electrode layer.

【0041】本発明において三極型ガスセンサでは、上
記検知極層及び対極層と共に、固体電解質層の表面に参
照極層が設けられる。ここで、参照極層は、検知極層を
対極層よりも正電位にするに際して、電位制御の基準と
する電極であり、該参照電極を設けることにより検知電
極の電位はより安定化させることができる。
In the present invention, in the three-electrode gas sensor, a reference electrode layer is provided on the surface of the solid electrolyte layer together with the detection electrode layer and the counter electrode layer. Here, the reference electrode layer is an electrode used as a reference for potential control when the detection electrode layer is set to a more positive potential than the counter electrode layer. By providing the reference electrode, the potential of the detection electrode can be further stabilized. it can.

【0042】本発明において参照電極は、その表面を被
覆材により被覆することが、電位の安定化の観点からよ
り好ましい。かかる被覆材としては、対極層で説明した
ような無機酸化物からなるものが好適である。
In the present invention, it is more preferable that the surface of the reference electrode is covered with a covering material from the viewpoint of stabilizing the potential. As such a coating material, a material made of an inorganic oxide as described in the counter electrode layer is preferable.

【0043】なお、対極層を形成する電子伝導物質、形
成方法、厚み等の要件は、前記説明した検知極層の場合
と同様である。
The requirements for the electron conductive material for forming the counter electrode layer, the forming method, the thickness, and the like are the same as in the case of the detection electrode layer described above.

【0044】本発明において、上記の検知極層、対極
層、さらに三極型ガスセンサにおいて設ける参照極層の
配置は、それぞれが固体電解質層に接触していれば、特
に制限されない。固体電解質層の一方の面に検知極層を
設け、他方の面に一定の距離を置いて対極層、および参
照極層を設けるのが一般的であるが、すべての電極層を
固体電解質層の同一面上に一定の距離を置いて設けても
良い。
In the present invention, the arrangement of the detection electrode layer, the counter electrode layer, and the reference electrode layer provided in the triode-type gas sensor is not particularly limited as long as each is in contact with the solid electrolyte layer. Generally, a sensing electrode layer is provided on one surface of the solid electrolyte layer, and a counter electrode layer and a reference electrode layer are provided at a certain distance on the other surface, but all the electrode layers are formed of the solid electrolyte layer. It may be provided at a fixed distance on the same surface.

【0045】本発明では、窒素酸化物ガス濃度を測定す
るに際して、電位可変装置により、二極型ガスセンサで
は、前者では検知極層と対極層との間に検知極層が対極
層よりも正電位になるように電圧を印加し、三極型ガス
センサでは検知極層と参照極層との間に、検知極層が参
照極層よりも正電位になるように電圧を印加する。より
高い感度で安定的に測定を行うためには、検知極層には
対極層もしくは参照極層に対して30〜200mV、好適
には、50〜100mV程度になるように電圧を印加する
のが好ましい。
In the present invention, when the nitrogen oxide gas concentration is measured, in the bipolar gas sensor, the detection electrode layer has a higher potential than the counter electrode layer between the detection electrode layer and the counter electrode layer. And a voltage is applied between the detection electrode layer and the reference electrode layer so that the detection electrode layer has a more positive potential than the reference electrode layer. In order to perform stable measurement with higher sensitivity, it is necessary to apply a voltage to the detection electrode layer so as to be 30 to 200 mV to the counter electrode layer or the reference electrode layer, preferably to about 50 to 100 mV. preferable.

【0046】本発明において、二極型ガスセンサ及び三
極型ガスセンサのいずれも、室温で作動させることが可
能であるが、安定的に窒素酸化物濃度を計測するために
は、公知の固体電解質型炭酸ガスセンサと同様に、50
℃〜600℃の一定温度に加熱して使用するのが好まし
い。上記ガスセンサを加熱する方法としては、ガスセン
サの外部の熱源からの加熱によっても良いし、ヒータが
形成された固体電解質やセラミックス基板をガスセンサ
に接合し、該ヒータに直流または交流電圧を印加して加
熱してもよい。ガスセンサに接合するヒータの装着位置
は、対極層もしくは参照極層の上のように、ガスセンサ
の作動を阻害しない位置であれば特に制限されない。
In the present invention, both the bipolar gas sensor and the triode gas sensor can be operated at room temperature. However, in order to stably measure the nitrogen oxide concentration, a known solid electrolyte type gas sensor is used. As with the carbon dioxide sensor, 50
It is preferable to use by heating to a constant temperature of from ℃ to 600 ℃. As a method of heating the gas sensor, heating from a heat source external to the gas sensor may be used, or a solid electrolyte or ceramic substrate having a heater may be joined to the gas sensor and heated by applying a DC or AC voltage to the heater. May be. The mounting position of the heater to be joined to the gas sensor is not particularly limited as long as it does not hinder the operation of the gas sensor, such as on the counter electrode layer or the reference electrode layer.

【0047】[0047]

【発明の効果】本発明の固体電解質型窒素酸化物ガスセ
ンサは、低濃度雰囲気においても高い感度を示し、さら
に長期間安定的に窒素酸化物ガス濃度を測定することが
出来る。従って、本発明は、窒素酸化物ガスを長期間に
わたって精度良く測定することが可能になった点におい
て技術的な意義は大きい。
The solid oxide nitrogen oxide gas sensor of the present invention exhibits high sensitivity even in a low-concentration atmosphere, and can stably measure the nitrogen oxide gas concentration for a long period of time. Therefore, the present invention has great technical significance in that nitrogen oxide gas can be measured accurately over a long period of time.

【0048】[0048]

【実施例】本発明を具体的に説明するために以下の実施
例を挙げて説明するが、本発明は、これら実施例に制限
されるものではない。
EXAMPLES The present invention will be described specifically with reference to the following examples, but the present invention is not limited to these examples.

【0049】実施例1 電流検知方式の固体電解質型窒素酸化物ガスセンサとし
て、図1に示す構造を有する三極型センサを作製した。
即ち、この固体電解質型窒素酸化物ガスセンサは、固体
電解質層4の片面に検知極層1が、反対面に対極層2と
参照極層3が形成されていた。対極層2と参照極層3は
上面及び両側面がガラス4によって被覆されていた。検
知極層1、対極層2及び参照極層3との間には電位可変
装置6が設けられており、対極層2と検知極層1との間
には電流計7が設けられた構造であった。
Example 1 A three-electrode sensor having the structure shown in FIG. 1 was manufactured as a current detection type solid electrolyte type nitrogen oxide gas sensor.
That is, in this solid electrolyte type nitrogen oxide gas sensor, the detection electrode layer 1 was formed on one surface of the solid electrolyte layer 4, and the counter electrode layer 2 and the reference electrode layer 3 were formed on the other surface. The upper and both side surfaces of the counter electrode layer 2 and the reference electrode layer 3 were covered with the glass 4. A potential variable device 6 is provided between the detection electrode layer 1, the counter electrode layer 2 and the reference electrode layer 3, and an ammeter 7 is provided between the counter electrode layer 2 and the detection electrode layer 1. there were.

【0050】このような構造の固体電解質型窒素酸化物
ガスセンサにおいて、固体電解質層3の形成は、以下の
方法により行った。固体電解質として、LiOCH3
Ti(O−n−C494、Si(OC264、及びZ
r(O−n−C494の金属アルコキシドをモル比で
2:1:2:1で反応させた後に、750℃の大気雰囲
気で4時間焼成することによって、50mol% Li2
TiSiO5+50mol%ZrSiO4の粉体を得た。
この固体電解質粉末を一軸成形後、500℃の大気雰囲
気中で2時間焼成した後に、1200℃の大気雰囲気中
で6時間燒結して、直径が4.0mmであり、厚みが
0.5mmである円盤状のペレットとして、これを固体
電解質層3とした。
In the solid oxide nitrogen oxide gas sensor having such a structure, the solid electrolyte layer 3 was formed by the following method. LiOCH 3 , as a solid electrolyte,
Ti (O-n-C 4 H 9) 4, Si (OC 2 H 6) 4, and Z
r (O-n-C 4 H 9) 2 to 4 of the metal alkoxide in a molar ratio: 1: 2: After reacting at 1, by firing 4 hours in an air atmosphere of 750 ° C., 50 mol% Li 2
A powder of TiSiO 5 +50 mol% ZrSiO 4 was obtained.
After uniaxially molding this solid electrolyte powder, it is baked in an air atmosphere at 500 ° C. for 2 hours and then sintered in an air atmosphere at 1200 ° C. for 6 hours to have a diameter of 4.0 mm and a thickness of 0.5 mm. This was used as a solid electrolyte layer 3 as a disk-shaped pellet.

【0051】検知極層1は、市販の金ペーストに硝酸リ
チウムを金ペーストに対して25重量%の割合で混練し
たものを上記固体電解質層3の片面に印刷、乾燥、40
0℃の大気中で1時間焼成して、0.015mmの厚み
で形成した。
The detection electrode layer 1 was prepared by kneading a commercially available gold paste and lithium nitrate at a ratio of 25% by weight with respect to the gold paste, and printing and drying on one surface of the solid electrolyte layer 3.
It was baked for 1 hour in the air at 0 ° C. to form a thickness of 0.015 mm.

【0052】対極層2及び参照極層3は、検知極層と同
様に、市販の金ペーストを上記固体電解質層4の検知極
層1を形成した面とは反対の表面に各印刷、乾燥、65
0℃の大気中で1時間焼成して、それぞれ0.015m
mの厚みで形成した。
Similarly to the detection electrode layer, the counter electrode layer 2 and the reference electrode layer 3 were prepared by printing, drying, and drying a commercially available gold paste on the surface of the solid electrolyte layer 4 opposite to the surface on which the detection electrode layer 1 was formed. 65
Baking for 1 hour in the air at 0 ° C, 0.015m each
m.

【0053】対極層2と参照極3の上面及び両側面は、
5重量%エチルセルロースを溶解したテルピネオール
に、市販のガラス粉末をテルピネオールの重量に対して
同重量加えて混練することにより得たガラスペーストに
よって覆い、これを150℃の大気中で20分焼成して
ガラス化させて被覆した。なお、被覆したガラスの厚み
は0.015mmであった。
The upper surface and both side surfaces of the counter electrode layer 2 and the reference electrode 3 are
A commercially available glass powder is added to terpineol in which 5% by weight of ethylcellulose is dissolved, and the mixture is covered with a glass paste obtained by adding and kneading the same amount of terpineol with respect to the weight of terpineol. And coated. The thickness of the coated glass was 0.015 mm.

【0054】以上の方法によって作製した電流検知方式
の固体電解質型窒素酸化物ガスセンサを、二酸化窒素ガ
ス濃度が自由に制御できる電気炉内に入れ、センサを1
50℃に加熱した。センサの温度を150℃に保持した
まま、検知極層電位を参照極層電位に対して100mV
になるように電位可変装置9で制御し、電気炉内の二酸
化窒素ガス濃度を0ppb、500ppb、及び100
0ppbとした。このとき、検知極層と対極層との間に
流れる電流の値を、それぞれの濃度ごとに電流計7で測
定した。
The current detection type solid electrolyte type nitrogen oxide gas sensor manufactured by the above method is placed in an electric furnace in which the concentration of nitrogen dioxide gas can be freely controlled.
Heated to 50 ° C. With the temperature of the sensor kept at 150 ° C., the detection electrode layer potential was set to 100 mV with respect to the reference electrode layer potential.
And the nitrogen dioxide gas concentration in the electric furnace is set to 0 ppb, 500 ppb, and 100 ppb.
0 ppb was set. At this time, the value of the current flowing between the detection electrode layer and the counter electrode layer was measured by the ammeter 7 for each concentration.

【0055】このような測定をセンサ作製直後、1週間
後、及び1ヶ月経過後に行った。この結果を表1に示し
た。また、それぞれの場合において、二酸化窒素ガス濃
度が500ppbの時と0ppbの時、及び1000p
pbの時と0ppbの時との電流値の差を求め、これを
それぞれ感度(500)、感度(1000)とした。ま
た、初期の感度(1000)から1月後の感度(100
0)がどれだけ変化したかを次式によって求め、感度変
化率として評価した。
Such a measurement was carried out immediately after the production of the sensor, one week later, and one month later. The results are shown in Table 1. In each case, the nitrogen dioxide gas concentration was 500 ppb, 0 ppb, and 1000 ppb.
The difference between the current value at the time of pb and the current value at the time of 0 ppb was determined, and this was defined as sensitivity (500) and sensitivity (1000), respectively. In addition, the sensitivity after one month from the initial sensitivity (1000) (100
0) was determined by the following equation, and evaluated as a sensitivity change rate.

【0056】(1月後の感度(1000))/(初期の
感度(1000))×100(%) 得られた結果を表2に示した。感度(1000)が感度
(500)のほぼ倍になっていた。つまり、濃度に比例
した感度が得られた。さらに経時によっても安定した感
度が得られた。
(Sensitivity after one month (1000)) / (initial sensitivity (1000)) × 100 (%) The results obtained are shown in Table 2. The sensitivity (1000) was almost double the sensitivity (500). That is, a sensitivity proportional to the concentration was obtained. Further, a stable sensitivity was obtained over time.

【0057】実施例2 電流検知方式の固体電解質型窒素酸化物ガスセンサとし
て、図2に示す構造を有する二極型センサを作製した。
即ち、この固体電解質型窒素酸化物ガスセンサは、固体
電解質層4の片面に検知極層1が、反対面に対極層2が
形成されている。対極層2の上面及び両側面はガラス5
によって被覆されている。対極層2と検知極層1との間
には電位可変装置6が設けられており、対極層と電位可
変装置との間には電流計7が設けられた構造であった。
Example 2 A bipolar sensor having the structure shown in FIG. 2 was fabricated as a current detection type solid electrolyte type nitrogen oxide gas sensor.
That is, in this solid electrolyte type nitrogen oxide gas sensor, the detection electrode layer 1 is formed on one surface of the solid electrolyte layer 4 and the counter electrode layer 2 is formed on the opposite surface. The upper surface and both side surfaces of the counter electrode layer 2 are glass 5
Covered by A potential variable device 6 was provided between the counter electrode layer 2 and the detection electrode layer 1, and an ammeter 7 was provided between the counter electrode layer and the potential variable device.

【0058】このような構造の固体電解質型窒素酸化物
ガスセンサにおいて、固体電解質層4、検知極層1、対
極層2、及び対極層2の上面及び両側面を覆う被覆剤は
実施例1と同様の組成及び構造のものを用い、実施例1
と同様の方法で作製した。
In the solid electrolyte type nitrogen oxide gas sensor having such a structure, the solid electrolyte layer 4, the sensing electrode layer 1, the counter electrode layer 2, and the coating material covering the upper surface and both side surfaces of the counter electrode layer 2 are the same as those in the first embodiment. Example 1 using the composition and structure of
It was prepared in the same manner as described above.

【0059】以上の方法によって作製した電流検知方式
の固体電解質型窒素酸化物ガスセンサの作動は、検知極
層電位を対極層電位に対して100mVになるように電
位可変装置6で制御した他は実施例1と同様の方法で行
った。検出された電流値は表1に示した。
The operation of the solid electrolyte type nitrogen oxide gas sensor of the current detection type produced by the above method is performed except that the detection electrode layer potential is controlled by the potential variable device 6 so as to be 100 mV with respect to the counter electrode layer potential. Performed in the same manner as in Example 1. The detected current values are shown in Table 1.

【0060】また、感度及び感度変化率の評価も実施例
1と同様の方法で行った。これらの結果は表2に示し
た。濃度に比例した感度が得られ、さらに経時によって
も安定した感度が得られた。
The sensitivity and the rate of change in sensitivity were evaluated in the same manner as in Example 1. These results are shown in Table 2. A sensitivity proportional to the concentration was obtained, and a stable sensitivity was obtained over time.

【0061】比較例1 比較例1の電流検知方式の固体電解質型窒素酸化物ガス
センサとして、図3に示される構造を有するセンサを作
製した。即ち、この固体電解質型窒素酸化物ガスセンサ
は、固体電解質層4の片面に検知極層1が、反対面に対
極層2と参照極層3が形成されていた。参照極層3は上
面及び両側面がガラス4によって被覆されていた。検知
極層1、対極層2及び参照極層3との間には電位可変装
置6が設けられており、対極層2と検知極層1との間に
は電流計7が設けられた構造であった。
Comparative Example 1 A sensor having the structure shown in FIG. 3 was manufactured as the solid electrolyte type nitrogen oxide gas sensor of the current detecting method of Comparative Example 1. That is, in this solid electrolyte type nitrogen oxide gas sensor, the detection electrode layer 1 was formed on one surface of the solid electrolyte layer 4, and the counter electrode layer 2 and the reference electrode layer 3 were formed on the other surface. The upper surface and both side surfaces of the reference electrode layer 3 were covered with the glass 4. A potential variable device 6 is provided between the detection electrode layer 1, the counter electrode layer 2 and the reference electrode layer 3, and an ammeter 7 is provided between the counter electrode layer 2 and the detection electrode layer 1. there were.

【0062】このような構造の固体電解質型窒素酸化物
ガスセンサにおいて、固体電解質層4、検知極層1、対
極層2、参照極3及び参照極3の上面及び両側面を覆う
被覆剤は実施例1と同様の組成及び構造のものを用い、
実施例1と同様の方法で作製した。さらに、検知極層電
位を参照極層電位に対して−100mVになるように電
位可変装置10で制御した他は、実施例1と同等であ
る。検出された電流値は表1に示した。
In the solid electrolyte type nitrogen oxide gas sensor having such a structure, the solid electrolyte layer 4, the sensing electrode layer 1, the counter electrode layer 2, the reference electrode 3, and the coating material for covering the upper surface and both side surfaces of the reference electrode 3 are described in Examples. Using the same composition and structure as in 1,
It was produced in the same manner as in Example 1. Further, the second embodiment is the same as the first embodiment except that the potential variable device 10 controls the detection electrode layer potential to be -100 mV with respect to the reference electrode layer potential. The detected current values are shown in Table 1.

【0063】また、感度及び感度変化率の評価も実施例
1と同様の方法で行った。これらの結果は表2に示し
た。濃度に比例した感度が得られたものの、経時によっ
て感度が大きく変動し、長期間の測定では安定した感度
を得ることができなかった。
The sensitivity and the rate of change of sensitivity were evaluated in the same manner as in Example 1. These results are shown in Table 2. Although a sensitivity proportional to the concentration was obtained, the sensitivity greatly fluctuated with time, and stable sensitivity could not be obtained in a long-term measurement.

【0064】比較例2 起電力検知方式の固体電解質型窒素酸化物ガスセンサと
して、図4に示される構造を有するセンサを作製した。
この固体電解質型窒素酸化物ガスセンサは、固体電解質
層4の片面に検知極層1が、反対面に対極層2が形成さ
れている。対極層2の上面及び両側面は、ガラス5によ
って被覆されている。さらに対極層2と検知極層1との
間には、電圧計8が設けられるものであった。
Comparative Example 2 A sensor having the structure shown in FIG. 4 was produced as a solid oxide nitrogen oxide gas sensor of the electromotive force detection system.
In this solid electrolyte type nitrogen oxide gas sensor, a detection electrode layer 1 is formed on one surface of a solid electrolyte layer 4 and a counter electrode layer 2 is formed on the opposite surface. The upper surface and both side surfaces of the counter electrode layer 2 are covered with glass 5. Further, a voltmeter 8 was provided between the counter electrode layer 2 and the detection electrode layer 1.

【0065】以上の方法によって作製した電流検知方式
の固体電解質型窒素酸化物ガスセンサを、二酸化窒素ガ
ス濃度が自由に制御できる電気炉内に入れ、センサを1
50℃に加熱した。センサの温度を150℃に保持した
まま、センサ素子の温度を150℃に保持したまま、電
気炉内の二酸化窒素ガス濃度を0ppb、500pp
b、及び1000ppbとし、検知極層と対極層との間
に発生する起電力をそれぞれの濃度で測定した。二酸化
窒素ガス濃度が500ppbの時と1000ppbの時
との起電力の差を求め、これを感度とした。
The solid electrolyte type nitrogen oxide gas sensor of the current detection type produced by the above method was placed in an electric furnace in which the concentration of nitrogen dioxide gas could be freely controlled, and the sensor was replaced with one.
Heated to 50 ° C. With the temperature of the sensor kept at 150 ° C. and the temperature of the sensor element kept at 150 ° C., the nitrogen dioxide gas concentration in the electric furnace was set to 0 ppb and 500 pp.
b and 1000 ppb, and the electromotive force generated between the sensing electrode layer and the counter electrode layer was measured at each concentration. The difference in electromotive force between when the nitrogen dioxide gas concentration was 500 ppb and when the nitrogen dioxide gas concentration was 1000 ppb was determined, and this was used as the sensitivity.

【0066】これらの結果を表3に示した。二酸化窒素
ガス濃度が500ppbの時と1000ppbの時との
起電力がほぼ同じで、感度は得られなかった。
Table 3 shows the results. The electromotive force was substantially the same when the nitrogen dioxide gas concentration was 500 ppb and when the nitrogen dioxide gas concentration was 1000 ppb, and no sensitivity was obtained.

【0067】[0067]

【表1】 [Table 1]

【0068】[0068]

【表2】 [Table 2]

【0069】[0069]

【表3】 [Table 3]

【0070】[0070]

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明で使用する電流検出方式による固体電解
質型窒素酸化物ガスセンサの三極型のものの代表的な態
様を示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing a typical embodiment of a three-electrode type solid electrolyte type nitrogen oxide gas sensor based on a current detection method used in the present invention.

【図2】本発明で使用する電流検出方式による固体電解
質型窒素酸化物ガスセンサの二極型のものの代表的な態
様を示す断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a typical embodiment of a bipolar type solid electrolyte type nitrogen oxide gas sensor using a current detection method used in the present invention.

【図3】従来の電流検出方式による固体電解質型窒素酸
化物ガスセンサの三極型のものの代表的な態様を示す断
面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a typical mode of a three-electrode type solid electrolyte type nitrogen oxide gas sensor using a conventional current detection method.

【図4】起電力検出方式による窒素酸化物ガスセンサの
代表的な態様を示す断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a typical mode of a nitrogen oxide gas sensor using an electromotive force detection method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1.検知極層 2.対極層 3.参照極層 4.固体電解質 5.ガラス 6.電位可変装置 7.電流計 8.電圧計 1. Detection electrode layer 2. Counter electrode layer 3. Reference pole layer 4. Solid electrolyte 5. Glass 6. Potential variable device 7. Ammeter 8. voltmeter

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】固体電解質層の表面に、電子伝導物質と金
属硝酸塩及び/又は金属亜硝酸塩とを含む検知極層、並
びに電子伝導物質を含み被覆材により表面が被覆されて
なる対極層が形成されてなり、該検知極層と対極層との
間に電位可変装置、及び電流計が設けられてなることを
特徴とする固体電解質型窒素酸化物ガスセンサ。
1. A detection electrode layer containing an electron conductive material and a metal nitrate and / or a metal nitrite, and a counter electrode layer having a surface covered with a coating material containing an electron conductive material are formed on a surface of a solid electrolyte layer. A solid electrolyte type nitrogen oxide gas sensor characterized in that a potential variable device and an ammeter are provided between the detection electrode layer and the counter electrode layer.
【請求項2】請求項1記載の固体電解質型窒素酸化物ガ
スセンサを用い、上記検知極層と対極層との間に、検知
極層が対極層よりも正電位になるように電圧を印加し、
両電極層間に流れる電流値を計測して被測定ガス中の窒
素酸化物ガス濃度を測定することを特徴とする窒素酸化
物ガス濃度の測定方法。
2. A solid oxide nitrogen oxide gas sensor according to claim 1, wherein a voltage is applied between said detection electrode layer and said counter electrode layer such that said detection electrode layer has a more positive potential than said counter electrode layer. ,
A method for measuring a nitrogen oxide gas concentration, comprising measuring a current value flowing between both electrode layers and measuring a nitrogen oxide gas concentration in a gas to be measured.
【請求項3】固体電解質層の表面に、電子伝導物質と金
属硝酸塩及び/又は金属亜硝酸塩とを含む検知極層、電
子伝導物質を含み被覆材により表面が被覆されてなる対
極層、並びに電子伝導物質を含む参照極層が形成されて
なり、該検知極層、対極層及び参照極層の間に電位可変
装置が設けられ、且つ検知極層と対極層との間に電流計
が設けられてなることを特徴とする固体電解質型窒素酸
化物ガスセンサ。
3. A detection electrode layer containing an electron conductive substance and a metal nitrate and / or a metal nitrite on the surface of a solid electrolyte layer, a counter electrode layer comprising an electron conductive substance and a surface coated with a coating material, and an electron. A reference electrode layer containing a conductive material is formed, a potential variable device is provided between the detection electrode layer, the counter electrode layer and the reference electrode layer, and an ammeter is provided between the detection electrode layer and the counter electrode layer. A solid electrolyte type nitrogen oxide gas sensor characterized by comprising:
【請求項4】請求項3記載の固体電解質型窒素酸化物ガ
スセンサを用い、上記検知極層と参照極層との間に、検
知極層が参照極層よりも正電位になるように電圧を印加
し、検知極層と対極層との間に流れる電流値を計測して
被測定ガス中の窒素酸化物ガス濃度を測定することを特
徴とする窒素酸化物ガス濃度の測定方法。
4. A solid electrolyte type nitrogen oxide gas sensor according to claim 3, wherein a voltage is applied between the detection electrode layer and the reference electrode layer such that the detection electrode layer has a more positive potential than the reference electrode layer. A method for measuring a nitrogen oxide gas concentration, comprising: measuring a current value applied and flowing between a detection electrode layer and a counter electrode layer to measure a nitrogen oxide gas concentration in a gas to be measured.
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